Оптическое вычислительное устройство

СОЮЗ СОВЕТСКИХсОциАлистическиРЕСПУБЛИК 5 О а 1)5 6 06 Е 3/0 БРЕТЕНИ ИДЕТЕЛ ЬСТВ ТОРСКОМ мы линейных диффе ний в реальном мас итеративной мультип мальной переходной основу работы устро можность представл ной системы ренциальн штабе вре ликации и матрицы Йствд пол ения реше ых уравнемени путем нфинитезисистемы. В ожена воэния линейЦе ра из отыХ 1=А 1ц - иэв дст Ат - извсистемы,Х - векс требуеморентным соХ=(Е+Агде - номрешения,рмибе вр тор переменныхй точностью следотношением:-1)Ь т Ь 1) Хер очередного вр остояния ющим р еден в твите+ б-т Ьт, (2) менного шага у равли звол ОСУДЛРСТВЕННОЕ ПЛТЕНТНОЕДОМСТВО СССРОСПАТЕНТ СССР) 1) 4689829/242) 22,03.896) 30,08.93. Бюл, М 322) С.В.Соколов6) Акаев А,А., Майоров С.А Оптические етоды обработки информации, М.: В ысшая кола, 1988, с.152, рис.6.2.Авторское свидетельство СССР . 643809, кл. 6 06 Е 3/00, 1976.4) ОПТИЧЕСКОЕ ВЪЧИСЛИТЕЛЪ НОЕ СТРОЙСТВО7) Изобретение относится к специализиванной вычислительной технике и может ыть использовано в оптических вычислильных машинах для решения систем лиейных дифференциальных уравнений, ель изобретения - повышение точности тройства и расширение его функциональИзобретение относится к специзлизиванной вычислительной технике и может ть использовано в оптических вычислильных машинах для решения систем лийных дифференциальных уравнений. ь обретения - повышение точноб устройства за счет отказа от пространственно-частотной фильта также расширение его функциоых воэможностей эа счет ования решения в реальном масшемени,тавленная цель достигается за счет ия кольцевой схемы оптического разля, содержащей управляемый м неяемый оптические транспаранты и яющей осуществлять решение систе - : И 3 Ю ; - ;4-теххлчГ 66.":ных воэможностей за счет формирования решения в реальном масштабе времени. Поставленная цель достигается эа счет введения источника некогерентного излучения, двух вычислительных транспарантов и разветвленной кольцевой волоконно-оптической структуры, что позволяет при формировании решения отказаться от средств пространственно-частотной фильтрации, повысив тем самым точность решения за счет исключения влияния фазовых искажений светового потока и погрешностей пространственно-частотной реализации передаточной функции системы, а также реализовать решение системы в реальном масштабе времени, расширив, таким образом, функциональные возможности устройства. 1 ил.5 10 Л с - интервал дискретизации решения во времени, выбираемый из условия обеспечения требуемой точности решения,Е - единичная матрица заданной размерности,При, последующем анализе принципа действия и структуры устройства вместо (2) используется эквивалентное ему представление решения системы (1);Х =Хг-с (Е+А И 1-1)Ь с Лс)+сЬс,Х (0)= ХоНа чертеже представлена функциональная схема вычислительного устройства,Для удобства последующего описания принципа работы устройства на чертеже введена условная система координат ОХУЕ.Устройство содержит источник некогерентного излучения 1, оптический разветвитель 2, состоящий из шести разветвляющихся световодных участков (именуемых далее ответвлениями) 21 - 26, неуправляемый оптический транспарант 3, управляемый оптический транспарант 4, группу оптических усилителей 5.Оптический разветвитель 2 может быть выполнен в виде набора разветвляющихся оптических волокон (неуправляемых направленных ответвителей), схема разветвления которых приведена на фиг.1, Транспарант 3 может быть выполнен в виде фотопластины или фотопленки с известной функцией прапускания, неизменной в течение работы устройства,Управляемый транспарант 4 представляет собой пространственный модулятор матричного типа, управляемый электрическими сигналами и выполненный по схеме, описанной в, Если система (1) является стационарной, то транспарант 4 выполняется неуправляемым аналогично транспаранту 3, Оптические усилители группы 5, число которых равно числу волокон, образующих разветвитель 2, могут быть выполнены в виде инжекционных или волоконных квантовых усилителей согласно, а также в виде трансфазора, используемого на линейном участке выходной характеристики, или в виде оптрона, работающего в режиме усилителя света. Вход источника излучения является входом устройства, а выход через первый участок 21 оптического разветвителя (волокно, разветвляющееся на Й волокон, где М - размерность вектора решения системы (1) оптически связан со входом транспаранта 3.Функция пропускания транспаранта 3, изменяющаяся по оси ОУ, представляет собой М участков с различной оптической 15 20 25 30 35 40 45 50 55 плотностью, пропорциональной соответствующим компонентам Хо вектора начальных условий Х, (точнее, чг(, т,к. при прохождении светового потока через транспарант на функцию пропускания умножается амплитуда потока, а не интемсивность), Выход транспаранта 3 через ответвление 22, каждое из волокон которого разветвляется вдоль аси ОХ на И волокон, оптически связан со входом транспаранта 4, Выходы транспаранта 4 по оси ОУ (соответствующего столбца матрицы, записанной на транспарант 4) оптически связаны са входами М волокон, обьединенных далее в соответствующее волокно из Й волокон, входящих в ответвление 2 з разветвителя 2. Выходы волокон ответвления 2 з подключены ко входам соответствующих оптических усилителей группы 5, выходы которых с помощью оптических волокон обьединены с соответствующими волокнами ответвления 24 в волокна ответвления 2 ь. Волокна ответвления 2 обьединены с соответствующими волокнами ответвления 22 и с помощью волокон ответвления 26 оптически связаны с выходом устройства.Устройство работает следующим образом,На вход источника излучения 1 поступает управляющий импульс включения "Вкл,", что приводит к появлению на входе ответвления 21 светового импульса интенсивностью М усл.ед. Данный световой поток. разветвляясь на М потоков и проходя через транспарант 3, создает на его выходе световой поток с интенсивностью вдоль оси ОУ, пропорциональной й Хо, Сформированный таким образом световой поток по волокнам ответвления 2 г поступает на вход транспаранта 4, где разветвляется на выходе каждого волокна ответвления 22 на Й потоков по соответствующей строке матрицы-транспаранта 4 (по оси ОХ). На входы управления транспаранта 4 подаются в текущий момент времени с-с=(1-1)Л с соответствующие сигналы управления, обеспечивающие для момента с-с функцию прапускания каждого элемента матрицы-транспаранта 4 пропорциональной корню квадратному из значения аналогичного элемента матрицы(Е + И (сг-с) Ь с),В случае решения системы стационарных линейных уравнений транспарант 4 может быть выполнен неуправляемым, ввиду неизменности матрицы (Е А Л с) в течение всего времени работы устройства. После прохождения светового потока через транспарант 4 с последующим суммиром.нием потоков в обьединенных волокнах ответвления 2 з на входах группы оп 1 ическихусилителей 5 формируется световой поток с, интенсивностью вдоль оси ОХ, пропорцио; нальной значениям компонентов векторат, возрастает в направлении оси ОХ). Т.к. выходной поток усилителей в дальнейшем раз-ветвляется на два - в ответвлениях 2 26, и 1далее (в ответвлении 22) - на И потоков, а: ;также с учетом затухания интенсивности :; светового потока в цепи "выход оптическогоусилителя - вход транспаранта 4" в Е раз, , коэффициенты усиления усилителей группы , 5 выбираются равными 2 ИЕ. Выходной по; ток группы усилителей 5 суммируется со , световыМ потоком заданной интенсивности : 2 ИЕ Лт 1 (н). поступающим в момент 1;- ,; со входов ответвления 24, и через ответвле, ния 25 и 2 е поступает, соответственно, навход транспаранта 4 и на выход устройства.На выходе устройства формируется свето вой поток с распределением интенсивно;: сти, пропорциональным значениям , компонентов вектора 2 ИЕ Х 1 (известный коэффициент 2 ИЕ легко учитывается г 1 ри , последующей регистрации светового пото-ка, например, выбором соответствующего , коэффициента затухания волокон ответвле, ния 26), на входах транспаранта 4 - с распределением интенсивности вдоль оси ОУ, ; пропорциональным значениям компонентов вектора Хь Далее работа устройства , повторяется аналогично вышеизложенному- на выходе устройства в реальном масшта, бе времени формируется световой поток с интенсивностью, пропорциональной значениям компонентов вектор ре г.нпч гмы (1) Х;.Формула изобретеничОптическое вычислительное ус 1 ройст 5 во, содержащее источник излучени, входуправления которого является входом устройства, а выходы через И оптических разветвителей первой группы оптическисвязаны с входами соответствующих сголб 10 цов матричного оптического преобразователя, выходы строк которого объединенычерез И оптических разветвителей второйгруппы, о т л ич а ю щ ее с я тем, чго, с цельюповышения точности и расширения функци 15 ональных возможностей за счет формирования решения в реальном масштабевремени, в него введены вычислительныйтранспарант, И оптических усилителей и Иоптических разветвителей третьей группы,20 управляющие входы матричного оптического преобразователя соединены с входамизадания первой группы значений компонентов вектора устройства, выходы И оптических разветвителей второй группы через И25 оптических усилителей соединены с первыми входами И оптических разветвителейтретьей группы, вторые входы которых являются входами задания второй групг 1 ы значе.ний компонентов вектора устройства.30 первые выходы И оптических разветвителейтретьей группы являются выходами устройства, а вторые выходы соединены с соответствующими входами И оптическихразветвителей первой группы, между входа 35 ми которых и выходами источника излучения расположен вычислительныйтранспарант,1837331 Составитель С, СоколовТехред М.Моргентал Корректор С. Пекарь Редактор С. Кулака Заказ 2888 Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж, Раушская наб., 4/5 изводственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101